成都經濟區環線高速公路局部路線優化研究

劉文軍 （中國鐵建昆侖投資集團有限公司，四川 成都 611730）

0 引言

隨著經濟的發展,高速公路建設也受到社會各界的高度重視。環線高速公路路線設計決定了公路線形,而公路線形不合理又會威脅行車安全，相關研究人員針對某些部分地域對高速公路局部路線優化進行了研究[1-5]。陳悅[6]首先闡述了六枝至安龍高速公路的工程概況,并基于路線的范圍對六枝至安龍高速公路路線的設計要點進行了分析研究,最后提出了優化的設計策略；張金亮[7]論述山區高速公路線路設計的意義以及優化路線設計的基本原則,并根據工程實例,圍繞地質選線、安全選線及環境選線3個方面展開探究；彭華[8]對山區高速公路路線優化及互通選型經驗進行了總結分析；胡衛國[9]結合廣西崇左至靖西高速公路崇左至大新段對路線方案的優化，初步設計路線方案比選，對公路路線優化設計進行研究，提出了該工程路線設計的優化方案。

綜上所述，隨著高速公路的建設加快，已有較多關于公路的斷面設計優化、路線方案比選研究，但由于不同高速公路地質情況的巨大差異以及實際建設環境的不同，導致不同研究可能并不適用于相關工程局部，因此以成都經濟區環線高速公路蒲江至都江堰段工程為依托，在詳細闡述工程地質的情況下，對公路路線局部優化選線進行研究，為今后類似工程選線設計提供參考和借鑒。

1 工程簡介

1.1 項目概況

成都經濟區環線高速公路蒲江至都江堰段高速公路工程，至西來、復興鎮，主線全長12.1km。項目區交通道路有國道G318、S106、成青線、彭青線、聚青線、聚興線及縣道A26、A30等，交通便利，進入工點多有通村公路到達。全線共設置互通式立交3座；服務區一處；主線特大橋2座、大中橋梁2座；天橋16座。

1.2 自然地理概況

項目區以平原微丘地形為主，由東向西從成都平原逐漸以丘陵地形過渡到龍門山脈。總體上，地形呈東低西高的趨勢，路線走廊主要在成都平原和龍門山過渡地帶的丘陵區展布。沿線主要為岷江水系，主要河流為蒲江河等。區內水系密布，河流水量隨季節變化較大。

項目區地處龍門山地震帶東部的揚子地臺邊緣，龍門山地震帶地震活動頻繁。線路起點至K319+000地震動峰值加速度為0.10g，屬I度地震區；線路起點至K319+000Ⅱ類場地的地震動反應譜特征周期為0.45s。

2 巖土工程地質性質及特征

2.1 不良地質與特殊性巖土

路線K306+900-K319+000段特殊性巖土主要為軟弱土以及膨脹土地基。

2.1.1 特殊性巖土

①軟弱粘性土：主要分布于沿線的低洼魚塘、水田及苗圃之中，厚度一般為0.6～7.0m，其含水量高，孔隙比大，壓縮模量大，物理力學性能差。沖積平原地段以及高階的谷地，由于地勢低，易積水，地表有一層厚度0.5～3.0m的表層軟土，該層土含水量高，地基承載力低。

②膨脹土及高液限土：項目區地處成都平原西側，起點蒲江段K309+200-K319+000出露為中更新統（Q2fg）l冰水堆積地層，其上部為一層粘土，灰黃色、褐黃色夾灰白色網紋，含少量礫石及鐵錳質薄膜，土體的自由膨脹率為35%～52.3%，液限指數為45%～55%，因此判定該土層具有弱膨脹性，且具有一定的高液限特征，土體呈稍濕～潮濕，硬塑～可塑狀態，厚度變化較大，一般厚4.0～8.0m，遇水膨脹、失水收縮。根據樂雅高速公路、簡蒲高速公路等臨近高速公路建設經驗，該土層路用性能不良，不能直接用作路基填料。

2.1.2 土體工程地質類型及物理力學特征

①沖洪積（Q4al+p）l淤泥、淤泥質粉質粘土、粉質粘土、砂土、卵石土：粘土類多呈流塑、軟塑、可塑狀，主要分布于沿線溝谷地段及河流階地、魚塘水庫地段，多為褐黃色、淺灰色、灰黑色，厚度0.4～12m。

砂土：多為細砂，少量為中粗砂，呈薄層或透鏡體狀產出于沖洪積卵石土之間，產出孔數較少，厚度多為0.4～2m；卵石土，褐黃色、雜色，多呈稍密-中密狀態，粉質粘土或砂礫石充填，主要分布于沿線的河流及河流階地上，溝河床、漫灘及一級階地厚度較大，厚度多大于15m。

②冰水堆積（Q2fgl）粉質粘土、卵石土：主要分布于線路K309+200～K319+000段的河流三、四級階地地段。粉質粘土多呈可塑狀，局部為軟塑狀，含鈣質結核，多為淺黃色夾灰白色斑塊，厚度0.5～13m；卵石土，青灰色、雜色，多呈稍密-密實狀態，粉質粘土或砂礫石充填，厚度多大于10m，本次鉆探該地層多未揭穿。

2.2 工程地質區段劃分與評價

本次勘查工作將全線劃分為如下3個工程地質區，本標段主要為沖積平原區（I）、構造堆積臺地區（Ⅱ）。

2.2.1 侵蝕沖積平原區（I）

主要分布路線K306+900～K309+20段，地貌單元為侵蝕沖積平原，表層覆蓋第四系沖洪積形成的粉質粘土、粘土，厚度約1～8m。該段整體工程地質條件良好，局部地段魚塘有厚度約0.5～6.0m淤泥質土。

2.2.2 構造堆積臺地區（Ⅱ）

主要分布路線K309+200～K319+0000段，地貌單元為侵蝕堆積臺地，表層為中更新統冰水堆積含礫粘土，厚度約1～8m，下部為冰水堆積卵石土，卵石成分為石英巖、石英砂巖等，磨圓度及分選性好，粒徑3～10cm，大者達30cm，卵石風化程度中等，厚度大于20m，鉆孔未揭穿。該段整體工程地質條件良好，表層含礫粘上具高液限及弱膨脹特性，路用性能較差，施工不宜直接用作路堤填料，膨脹土挖方路段應采用保濕防水措施，并加強路塹邊坡的防護。

3 局部路線方案的優化

3.1 K308-K313段方案優化（蒲江縣天華鎮）

本項目在初步設計中對可能的方案進行了比較論證，施工圖設計階段對全線多處局部方案進行了優化。

該段在蒲江河特大橋終點處半徑為1100m，韓石特大橋起點處半徑為1300m，均不滿足視距要求的最小半徑值（2000m）；天華互通范圍內平曲線半徑為1500m，線形指標較差；在K312+400處與蒲江縣政府重點項目（凱墅特色鄉村酒店）用地紅線部分重疊，該用地為蒲江縣災后恢復重建項目，線位對其干擾較大，且蒲江河特大橋較長。

施工圖階段做如下調整：分別將蒲江河特大橋終點及韓石特大橋起點處半徑加大為2500m、2000m，并將天華互通范圍內主線向北側外移10～25m，主線半徑增大至2000m，進一步遠離別墅區及新農村示范基地，縮短蒲江河特大橋長220m，線形及經濟性方面得到優化，線路優化平面如圖2所示。

圖1 項目地理位置圖

圖2 K308～K313段方案優化平面圖

3.2 K313～K316段方案優化（蒲江縣境）

施工圖階段對該段下穿成蒲客專處橋墩位置進行復測，發現初設線位與鐵路橋墩存在干擾。本階段結合最新實測資料進行線位調整，避免了對鐵路橋墩產生影響，該段調整范圍約3km，下穿成蒲客專段方案優化平面圖如圖3所示。

圖3 下穿成蒲客專段方案優化平面圖

3.3 K325～K337段方案優化（蒲江縣、邛崍市境）

該段夾直線長度、緩和曲線長度、平曲線半徑均較小，不滿足規范要求；另，初設線位在K330+500、K330+700處需拆遷2處220kV高壓鐵塔，在K334+470處需拆遷1處110kV高壓鐵塔，本次結合最新實測資料進行線位調整，避免了對該段高壓鐵塔產生影響，K330段方案優化平面如圖4所示。

圖4 K330段方案優化平面圖

3.4 K339～K342段方案優化（邛崍市工農崗小區段）

原初步設計線位在工農崗段線型為LS（200m）一R（1300m）-LS（200m）的平曲線組合，緩和曲線長度過短，線形條件較差；定測期間，工農崗小區群眾認為主線與其距離過近，建議進行適當調整。2017年3月10日，該小區居民提出需將主線調整至距其最近處30m之外，該要求得到成都市交委、地方政府及業主同意。針對該問題，本次施工圖階段研究了遠離方案：保證兩條直線邊不動，將R-1300m加大為R-1750m，適當增加緩和曲線長度，調整后線位距小區最近處約35.6m，滿足其距離要求，工農崗小區段方案優化如圖5所示。

圖5 工農崗小區段方案優化平面圖

3.5 K342～K346段方案優化（邛崍市馬湖鄉境）

原初設方案在K343+680-K344+310段為一同向曲線，線型不順暢，且同向圓曲線間直線長度不滿足6V的要求。施工圖階段對其進行優化取直，調整后直線長度為1090.7m。另外初設K343+700～K343+850段，路線以高填方跨越山間谷底，最大填土高度約23.5m，根據勘察，該處溝谷軟土厚度6～7m，故將路線適當向西側山體偏移以減少軟弱地基處理，線形及經濟性方面得到優化，K343段方案優化如圖6所示。

圖6 K343段方案優化平面圖

方案工程量比較表 表1

3.6 K368～K369段方案優化（大邑縣境）

該段初步設計線位在K368+500處與左側2處養豬場存在較大干擾，最近處約30m，據調查，該場養豬約2000頭，共10棟豬棚，均為商品豬，規模較大。施工圖階段將線位向右側山上移動約50m，通過設置聲屏障等措施，減少對其產生影響，K368～K369段方案優化如圖7所示。

圖7 K368～K369段方案優化平面圖

3.7 K373～K376+400段方案優化

該段初步設計線位平面指標較低，金星互通范圍內半徑僅1000m，且該段構造物多，在K374+800處需拆遷一座油氣井（大邑5氣井），在K374+900處拆遷大邑縣果梅研究所和果梅基地。定測方案將線位向左側移動約240m，平曲線半徑提高至2300m，平面指標得到改善，繞避拆遷，綜合經濟效益顯著，金星互通段方案優化如圖8所示。

圖8 金星互通段方案優化平面圖

3.8 K377～K381+700段方案優化（崇州市境）

該段初步設計線位平面指標較低，存在兩處隧道，高山廟隧道半徑僅1200m，不滿足隧道內視距要求；燈臺坡隧道穿越冰水堆積層，施工及后期運營風險較大，初設咨詢單位及批復意見均建議取消該隧道，改用路基通過。

K線在K376～K381段路線稍顯繞行，需設置2座隧道，且地質條件差，施工圖階段提出沿北側約550m，取消高山廟隧道及燈臺坡隧道后匯入K線的方案。初設與施工圖方案對比如表1所示，本次施工圖階段將線位向左側移動約550m，同時結合縱斷面調整，取消高山廟及燈臺坡兩座隧道，并將沿線邊坡高度控制在50m內，多余土方可調運至后段平原區及連接線，燈臺坡隧道段方案優化如圖9所示。

圖9 燈臺坡隧道段方案優化平面圖

3.9 K381+700～K383段方案優化

該段初步設計線位從天王寺溝及其支線沖溝內的溝谷中穿越，地質資料成果顯示，該溝谷為一潛在的泥石流溝谷，沖溝兩岸斜坡上出現了多處小型崩塌、滑塌體。從地形條件看，溝谷位置村莊聚集，地類以水田為主。施工圖階段將線位沿天王寺溝右岸布置，以半填半挖的方式展布以減少占用溝谷的良田及減少征地拆遷，讓出泥石流通道，如圖10所示。

圖10 天王寺溝段方案優化平面圖

4 結論

本文以成都經濟區環線高速公路蒲江至都江堰段工程為依托，詳細闡述了工程沿線氣象水文、地層巖性、地震地貌等自然條件，由此根據工程所處條件對公路路線局部優化選線進行研究，從滿足視距要求、周邊構筑物干擾、現行規范要求、線型要求、避讓泥石流等方面對局部線路進行優化，通過分析比較提出了適宜該工程的路線設計的優化原則和最佳方案，提高了工程場長久使用的安全性，降低了工程建造的難度和節約了建設成本，對今后類似工程具有重要的參考和借鑒價值。